DE10107586A1 - Endoscopic catheter - Google Patents
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Abstract
Endoskopischer Katheter, ausgebildet zum Einführen in Körperhohlräume, mit einem distalen Katheterabschnitt und einer Beleuchtungseinrichtung (40), die ausgebildet ist, eine Umgebung des distalen Katheterabschnitts mit elektromagnetischer Strahlung zu beleuchten, sowie mit einer Bildaufnahmeeinheit (60), die ausgebildet ist, ein Bild der von der Umgebung des distalen Katheterabschnitts reflektierten elektromagnetischen Strahlung aufzunehmen und zum proximalen Ende des Katheters (10) zu leiten, sowie eine Bildwiedergabeeinheit (62), die mit dem proximalen Ende des Katheters (10) verbunden und ausgebildet ist, ein Bild der aufgenommenen elektromagnetischen Strahlung wiederzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (10) steuerbar zum Einführen in Körpergefäße, insbesondere Blutgefäße, ausgebildet ist sowie dazu, ein Bild der von der Umgebung des distalen Katheterabschnitts reflektierten elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge wiederzugeben, für die Blut eine hohe Transparenz besitzt.Endoscopic catheter, designed for insertion into body cavities, with a distal catheter section and an illumination device (40), which is designed to illuminate a vicinity of the distal catheter section with electromagnetic radiation, and with an image recording unit (60), which is designed to form an image of the to record electromagnetic radiation reflected from the surroundings of the distal catheter section and to guide it to the proximal end of the catheter (10), and an image display unit (62), which is connected and formed to the proximal end of the catheter (10), an image of the recorded electromagnetic radiation reproduce, characterized in that the catheter (10) is designed to be controllable for insertion into body vessels, in particular blood vessels, and to reproduce an image of the electromagnetic radiation reflected by the surroundings of the distal catheter section with a wavelength for which blood has a has high transparency.
Description
Die Erfindung betrifft einen Katheter, der zum Einführen in Körperhohlräume ausgebildet ist. Der Katheter umfasst einen distalen Katheterabschnitt, eine Be leuchtungseinrichtung, eine Bildaufnahmeeinheit sowie eine Bildwiedergabeeinheit. Die Beleuchtungseinrichtung ist ausgebildet, eine Umgebung des distalen Katheter abschnitts mit elektromagnetischer Strahlung zu beleuchten. Die Bildaufnahmee inheit ist ausgebildet, ein Bild der von der Umgebung des distalen Katheterab schnitts reflektierten elektromagnetischer Strahlung aufzunehmen und zum distalen Ende des Katheters zu leiten. Die Bildwiedergabeeinheit ist mit dem proximalen Ende des Katheters verbunden und ausgebildet, ein Bild der aufgenommenen elektromagnetischen Strahlung wiederzugeben.The invention relates to a catheter for insertion into body cavities is trained. The catheter includes a distal catheter section, a Be lighting device, an image recording unit and an image display unit. The lighting device is designed to surround the distal catheter section with electromagnetic radiation. The picture taking unit is formed, an image of the surroundings of the distal catheter cut reflected electromagnetic radiation to record and distal End of the catheter. The image display unit is with the proximal End of the catheter connected and formed an image of the captured reproduce electromagnetic radiation.
Derartige endoskopische Katheter sind beispielsweise aus der US-PS 6,110,106 hinlänglich bekannt und dienen der visuellen Untersuchung von Körperhohlräumen. Endoscopic catheters of this type are known, for example, from US Pat. No. 6,110,106 well known and serve for the visual examination of body cavities.
Ein Problem ergibt sich jedoch, wenn die zu untersuchenden Körperhohlräume gefüllt sind, so wie beispielsweise Blutgefäße mit Blut geführt sind.A problem arises, however, when the body cavities to be examined are filled, such as blood vessels with blood.
Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieses Problems in einem endoskopischen Katheter der eingangs genannten Art, der steuerbar zum Einführen in Körpergefäße, insbesondere Blutgefäße, ausgebildet ist, sowie dazu, ein Bild von der Umgebung des distalen Katheterabschnitts reflektierten elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge wiederzugeben, für die das Blut eine hohe Transparenz besitzt. Ein derartiger Katheter erlaubt es in vorteilhafter Weise, auch blutgefüllte Gefäße endoskopisch zu untersuchen. Dies erlaubt es insbesondere, den Katheter optisch an einen bestimmten Ort zu steuern, an dem beispielsweise eine Gefäßdilatation vorgenommen werden soll, ein Stent gesetzt, oder Körpergewebe elektrisch stimuliert werden soll.According to the invention, the solution to this problem is an endoscopic one Catheter of the type mentioned, which is controllable for insertion into body vessels, especially blood vessels, is formed, as well as an image of the environment of the distal catheter section reflects electromagnetic radiation to reproduce a wavelength for which the blood has a high transparency. Such a catheter advantageously also allows blood-filled vessels to be examined endoscopically. In particular, this allows the catheter to be optically to steer to a certain place, for example, a vessel dilation to be made, a stent set, or body tissue electrically should be stimulated.
Vorzugsweise ist der Katheter ausgebildet, ein Bild in einem Wellenlängenbereich von 600 bis 650 Nanometern wiederzugeben. Dazu ist insbesondere die Beleuch tungseinrichtung ausgebildet, die Umgebung des distalen Katheterabschnitts mit Licht einer Wellenlänge von 600 bis 650 Nanometern zu beleuchten. Die Beleuch tungseinrichtung ist dazu vorzugsweise mit Bandpassfilter für ein Frequenzband von 600 bis 650 Nanometern ausgestattet. Außerdem umfasst die Beleuchtungs einrichtung vorzugsweise einen Lichtwellenleiter vom proximalen zum distalen Katheterende, der ausgebildet ist, zum Beleuchten dienende elektromagnetische Strahlung vom proximalen zum distalen Katheterende zu leiten. Wenn der Band passfilter in vorteilhafter Weise am proximalen Katheterende angeordnet ist, braucht durch den Lichtwellenleiter nur die zur Beleuchtung benötigte elektroma gnetische Strahlung geleitet zu werden und der Lichtwellenleiter kann an deren Wellenlänge optimal angepasst werden.The catheter is preferably designed, an image in a wavelength range from 600 to 650 nanometers. This is especially the lighting tion device formed with the surroundings of the distal catheter section Illuminate light with a wavelength of 600 to 650 nanometers. The lighting The device is preferably with a bandpass filter for a frequency band from 600 to 650 nanometers. It also includes lighting device preferably an optical fiber from the proximal to the distal Catheter end designed to illuminate electromagnetic Guide radiation from the proximal to the distal end of the catheter. If the volume pass filter is advantageously arranged at the proximal end of the catheter, only needs the electroma required for lighting through the optical fiber gnetic radiation to be conducted and the optical fiber can be at their Wavelength can be optimally adjusted.
Vorzugsweise ist der endoskopische Katheter als Elektrodenleitung ausgebildet und ist dazu an seinem distalen Katheterabschnitt mit mindestens einer Elektrode zur Abgabe und/oder Aufnahme elektrischer Signale an oder von an den distalen Katheterabschnitt angrenzendes Körpergewebe versehen. Ein derartiger, beispiels weise mit Stimulationselektroden versehener Katheter kann in vorteilhafter Weise optisch zu seinem Bestimmungsort gesteuert werden.The endoscopic catheter is preferably designed as an electrode line is for this purpose on its distal catheter section with at least one electrode Delivery and / or recording of electrical signals to or from the distal Provide adjacent body tissue to the catheter section. Such, for example wise provided with stimulation electrodes can advantageously be visually controlled to its destination.
In einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsvariante ist der distale Katheter abschnitt mit einem expandierbaren Ballon versehen. Vorzugsweise ist der expan dierbare Ballon entweder zum Dilatieren verengter Körpergefäße geeignet oder zum Einführen und Weiten von Stents ausgebildet. Mit einem derartigen Katheter kann ein Gefäß unter optischer Kontrolle geweitet werden oder ein Stent gesetzt und expandiert werden. Bei der letztgenannten Variante kann der gesetzte und expan dierte Stent auf einfache Weise optisch kontrolliert werden.In an alternative, advantageous embodiment variant, the distal catheter is section with an expandable balloon. Preferably the expan adjustable balloon either suitable for dilating constricted body vessels or for Insertion and expansion of stents trained. With such a catheter can a vessel is dilated under optical control or a stent is placed and be expanded. In the latter variant, the bet and expan dated stent can be checked optically in a simple manner.
Vorzugsweise ist der Katheter mit an sich bekannten Steuermitteln zum gezielten Auslenken des distalen Katheterendes ausgestattet. Dies erlaubt eine Steuerung des Katheters auf an sich bekannte Art und Weise und bietet gleichzeitig den Vorteil der endoskopischen Kontrolle der Kathetersteuerung.The catheter is preferably designed with targeted control means known per se Deflection of the distal end of the catheter equipped. This allows control of the catheter in a manner known per se and at the same time offers the Advantage of endoscopic control of the catheter control.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Diese zeigen:The invention will now be illustrated using an embodiment with the help of the figures are explained in more detail. These show:
Fig. 1 einen Überblick über einen erfindungsgemäßen endoskopischen Katheter; FIG. 1 is an overview of an inventive endoscopic catheter;
Fig. 2 das distale Ende des endoskopischen Katheters aus Fig. 1 in ver größerter Darstellung; FIG. 2 shows the distal end of the endoscopic catheter from FIG. 1 in a larger representation;
Fig. 3 das proximale Ende des endoskopischen Katheters mit daran ange schlossener Beleuchtungs- und Bildwiedergabeeinheit; Fig. 3, the proximal end of the endoscopic catheter is connected thereto illumination and image reproduction unit;
Fig. 4 beispielhaft einen Querschnitt durch eine Lichtleitfaser, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 4 shows an example of a cross section through an optical fiber, as shown in Fig. 3.
Der endoskopische Katheter 10 aus Fig. 1 umfasst im wesentlichen drei Funk tionsgruppen: die erste Funktionsgruppe umfasst einen steuerbaren, zum Einführen in Blutgefäße geeigneten Katheter mit einer Hülle 12, die eine versteifende, biegsa me Heligswendel 14 einschließt, die in ihrem Inneren ein Lumen zur Aufnahme von Steuermitteln 16 umfasst, zu denen zwei Steuerdrähte 18 und 20 zählen, die an ihrem distalen Ende miteinander verbunden sind und im Bereich ihrem proximalen Endes über ein Handrad 22 relativ zueinander längst verschiebbar sind. Der Kathe ter 10 ist im Bereich seines distalen Endes flexibler ausgeführt, als in den daran anschließenden Bereichen bishin zum proximalen Ende. Durch Drehen an dem Handrad 22 und damit durch Längsverschieben der beiden Steuerdrähte 18 und 20 relativ zueinander kann das distale Ende des Katheters, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, gezielt seitlich ausgelenkt oder deflektiert werden.The endoscopic catheter 10 from FIG. 1 essentially comprises three functional groups: the first functional group comprises a controllable catheter suitable for insertion into blood vessels with a sheath 12 which includes a stiffening, flexible helical helix 14 which has a lumen in its interior Includes control means 16 , including two control wires 18 and 20 , which are connected to each other at their distal end and can be displaced relative to each other long ago in the area of their proximal end via a handwheel 22 . The Kathe ter 10 is made more flexible in the area of its distal end than in the adjoining areas up to the proximal end. By turning the handwheel 22 and thus by longitudinally displacing the two control wires 18 and 20 relative to one another, the distal end of the catheter, as shown in dashed lines in FIG. 1, can be specifically deflected or deflected laterally.
Zwischen den beiden Steuerdrähten 18 und 20 ist ein im wesentlichen torsions steifes Flachband 24 vorgesehen, welches zumindest im Bereich des distalen Endes des Katheters 10 in Richtung der beiden Steuerdrähte 18 und 20 seitlich auslenkbar ist. Das Flachband 24 ist mit einem Griffstück 26 verbunden, mit welchen das Flachband 24 um seine Längsachse gedreht werden kann. Mit Drehen des Flachbandes 24 werden zumindest auch die beiden Steuerdrähte 18 und 20 rotiert, sodass mittels des Griffstückes 26 und des Flachbandes 24 die radiale Richtung einer Auslenkung des Katheterendes mittels der beiden Steuerdrähte 18 und 20 bestimmt werden kann.Between the two control wires 18 and 20 there is an essentially torsionally rigid flat band 24 which can be deflected laterally at least in the region of the distal end of the catheter 10 in the direction of the two control wires 18 and 20 . The flat band 24 is connected to a handle 26 with which the flat band 24 can be rotated about its longitudinal axis. By rotating the flat band 24 , at least the two control wires 18 and 20 are also rotated, so that the radial direction of a deflection of the catheter end can be determined by means of the two control wires 18 and 20 by means of the handle 26 and the flat band 24 .
Eine weitere Funktionseinheit wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Katheter von einer Stimulations- oder Sensing-Elektrode 30 im Bereich des distalen Endes des Katheters 10 gebildet, die über eine elektrische Leitung 32 mit dem proximalen Ende des Katheters 10 in elektrischer Verbindung steht. Anstelle der einen Elek trode 30 können auch mehrere Elektroden und entsprechend mehrere elektrische Leitungen vorgesehen sein. Ein derartiger Katheter kann als Stimulationselektroden leitung beispielsweise im Zusammenhang mit einem Herzschrittmacher oder einem Defibrilator Verwendung finden. A further functional unit is formed in the catheter shown in FIG. 1 by a stimulation or sensing electrode 30 in the region of the distal end of the catheter 10 , which is in electrical connection with the proximal end of the catheter 10 via an electrical line 32 . Instead of one electrode 30 , a plurality of electrodes and a corresponding number of electrical lines can also be provided. Such a catheter can be used as a stimulation electrode line, for example in connection with a pacemaker or a defibrilator.
In einer nicht dargestellten, alternativen Ausführungsvariante kann der Katheter 10 auch ein Ballonkatheter sein, der an seinem distalen Ende einen expandierbaren Ballon trägt, der beispielsweise zum Weiten von Gefäßen oder zum Einbringen von Stents in verengte Blutgefäße geeignet ausgebildet ist.In an alternative embodiment variant, which is not shown, the catheter 10 can also be a balloon catheter which carries at its distal end an expandable balloon which is suitable, for example, for expanding vessels or for introducing stents into narrowed blood vessels.
Eine dritte Funktionsgruppe dient der endoskopartigen Bildaufnahme der Umgebung des distalen Endes des Katheters 10. Diese dritte Funktionsgruppe umfasst eine Beleuchtungseinheit 40 mit einer Lichtquelle 42, einem Linsensystem 44 und 46, einem optischen Bandpassfilter 48 und einem Beleuchtungslichtwellenleiter 50. Die Beleuchtungseinheit 40 ist dabei im Bereich des proximalen Endes des Katheters 10 angeordnet und der Beleuchtungslichtwellenleiter 50 erstreckt sich vom proxi malen Ende des Katheters 10 bis in die Nähe der Katheterspitze am distalen Ende des Katheters 10. Die Beleuchtungseinheit 40 ist so ausgelegt, dass zur Beleuch tung dienende elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 600 und 650 Nanometern zum distalen Ende des Katheters 10 geleitet wird, und dort austreten kann, um die Umgebung der Katheterspitze zu beleuchten. Die Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 600 und 650 Nanometern tritt dabei an einem distalen Ende 52 des Beleuchtungslichtwellenleiters 50 aus und durch eine opti sche Linse 54 am distalen Ende des Katheters 10 hindurch. Die Linse 54 sowie die relative Position des distalen Beleuchtungslichtwellenleiters 52 zum Fokus der Linse 54 sind so gewählt, dass das aus dem Beleuchtungslichtwellenleiter 50 austreten de infrarote Licht so verteilt wird, dass die Umgebung des distalen Endes des Katheters 10 gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Die Wellenlänge der elektroma gnetischen Strahlung bzw. des Infrarotlichtes im Bereich zwischen 600 und 650 Nanometern ist so gewählt, dass sie in einem Bereich liegt, in dem Blut im Wesent lichen transparent ist. Auf diese Weise kann die beleuchtende Strahlung durch in Blutgefäßen allenthaltend vorhandenes Blut hindurchtreten und wird erst von den Wänden der Blutgefäße reflektiert.A third functional group is used for endoscopic image recording of the surroundings of the distal end of the catheter 10 . This third functional group comprises an illumination unit 40 with a light source 42 , a lens system 44 and 46 , an optical bandpass filter 48 and an illumination light waveguide 50 . The illumination unit 40 is arranged in the region of the proximal end of the catheter 10 and the illumination light waveguide 50 extends from the proximal end of the catheter 10 to the vicinity of the catheter tip at the distal end of the catheter 10 . The lighting unit 40 is designed in such a way that electromagnetic radiation serving for the illumination is guided in the wavelength range between 600 and 650 nanometers to the distal end of the catheter 10 and can exit there in order to illuminate the surroundings of the catheter tip. The radiation in the wavelength range between 600 and 650 nanometers emerges at a distal end 52 of the illuminating optical waveguide 50 and through an optical lens 54 at the distal end of the catheter 10 . The lens 54 and the relative position of the distal illuminating optical waveguide 52 to the focus of the lens 54 are selected such that the infrared light emerging from the illuminating optical waveguide 50 is distributed such that the surroundings of the distal end of the catheter 10 are illuminated uniformly. The wavelength of the electromagnetic radiation or infrared light in the range between 600 and 650 nanometers is selected so that it lies in a range in which blood is essentially transparent. In this way, the illuminating radiation can pass through blood that is present in blood vessels and is only reflected by the walls of the blood vessels.
Zu der dritten Funktionseinheit zählt auch eine endoskopische Bildaufnahme- und Wiedergabeeinheit 60, die ein Bildwiedergabegerät 62 umfasst, welches über einen Bildlichtwellenleiter 64 mit dem distalen Ende des Katheters 10 verbunden ist. Der Bildlichtwellenleiter 64 endet im Fokus der Linse 54 und ist so ausgebildet, dass er ein auf eine distale Endfläche 66 des Bildlichtwellenleiters 64 projiziertes Bild der Umgebung des distalen Katheterendes aufnehmen und an seinem proximalen Ende wiedergeben kann. Das proximale Ende des Bildlichtwellenleiters 64 ist dazu mit der Bildwiedergabeeinheit 62 verbunden. Diese umfasst einen CCD-Chip, auf den ein optisch zum proximalen Ende des Bildlichtwellenleiters 64 übertragenes Bild der Umgebung des distalen Katheterendes projiziert wird. Dieses Bild ist ein Infrarotbild im Wellenlängenbereich zwischen 600 und 650 Nanomentern und wird elektronisch in ein sichtbares Bild umgesetzt, welches auf einem Bildschirm der Bildwieder gabeeinheit 62 dargestellt wird.The third functional unit also includes an endoscopic image recording and reproduction unit 60 , which comprises an image reproduction device 62 , which is connected to the distal end of the catheter 10 via an image light waveguide 64 . The optical waveguide 64 ends in the focus of the lens 54 and is designed such that it can record an image of the surroundings of the distal end of the catheter projected onto a distal end face 66 of the optical waveguide 64 and reproduce it at its proximal end. For this purpose, the proximal end of the image waveguide 64 is connected to the image display unit 62 . This comprises a CCD chip, onto which an image of the surroundings of the distal end of the catheter, optically transmitted to the proximal end of the optical waveguide 64 , is projected. This image is an infrared image in the wavelength range between 600 and 650 nanometers and is electronically converted into a visible image, which is displayed on a screen of the image display unit 62 .
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Bildlichtwellenleiter 64, der viele einzelne lichtleitende Fasern enthält, von denen in Fig. 4 der Übersicht halber nur wenige dargestellt sind. Jede einzelne Faser überträgt einen Bildpunkt des aufgenommenen Bildes. FIG. 4 shows a cross section through the image waveguide 64 , which contains many individual light-conducting fibers, of which only a few are shown in FIG. 4 for the sake of clarity. Each individual fiber transmits a pixel of the captured image.
Auf diese Weise kann ein Arzt beim Einführen des Katheters 10 auf dem Bildschirm der Bildwiedergabeeinheit 62 ständig das von der distalen Katheterspitze aufge nommene Bild der Gefäßwände betrachten, zwischen denen die Spitze des Kathe ters 10 gerade hindurchgeführt wird. Dies ermöglicht es dem Arzt in vorteilhafter Weise Gefäßverzweigungen zu erkennen, in die die distale Katheterspitze hin eingesteuert werden soll. Auch kann der Arzt erkennen, ob sich die Katheterspitze bereits im Bereich einer zu behandelnden Gefäßverengung befindet, die mit einem in das distale Katheterende integrierten Ballon behandelt werden soll. Wenn das distale Katheterende wie in den Figuren abgebildet als Elektrodenleitung ausgebil det ist, kann diese Elektrodenleitung unter optischer Kontrolle genau an den vor gesehenen Orten platziert werden. In this way, when inserting the catheter 10 on the screen of the image display unit 62 , a doctor can continuously look at the image of the vessel walls taken up by the distal tip of the catheter, between which the tip of the catheter 10 is being passed straight through. This enables the doctor to advantageously recognize vascular branches into which the distal catheter tip is to be inserted. The doctor can also recognize whether the catheter tip is already in the area of a vasoconstriction to be treated, which is to be treated with a balloon integrated into the distal end of the catheter. If the distal end of the catheter is configured as an electrode line, as shown in the figures, this electrode line can be placed precisely at the locations seen under optical control.
In einer Weiterbildung kann das distale Katheterende mehrere optische Systeme und Bildlichtwellenleiter umfassen, mit denen Bilder nicht nur über die Katheter spitze aufgenommen werden können, sondern auch an von der Katheterspitze etwas entfernten Orten des Katheters, beispielsweise im Bereich der Elektrode 30.In a further development, the distal end of the catheter can comprise a plurality of optical systems and optical waveguides with which images can be taken not only via the tip of the catheter, but also at locations of the catheter somewhat away from the tip of the catheter, for example in the area of the electrode 30 .
Ebenso können alternative Beleuchtungs- und Bildwiedergabeeinheiten verwendet werden, genauso wie die Verwendung alternativer Steuermittel möglich ist.Alternative lighting and image display units can also be used become, just as the use of alternative control means is possible.
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